基于In-VEST模型的汉江上游森林生态系统水源涵养服务功能研究

生态系统服务功能及变化是生态系统评估的核心,是生态学、环境经济学等领域的研究热点。汉江上游秦巴山地是中国重要的水源涵养和供给功能区。近年来,受自然与人为双重驱动因子影响,森林生态系统出现退化现象,水源涵养及供给能力受到一定影响。以汉江上游流域森林景观为研究对象,运用In-VEST模型水源涵养模块对其水源涵养功能进行动态变化分析。结果表明,汉江上游森林生态系统水源涵养总量为1.21×10¹⁴ m³,最大涵养水源深度为362.51 mm,平均水源涵养深度为80.69 mm。在各森林景观中,常绿阔叶林水源函养量最大,乔木园地最小。在空间上,南北秦巴山地地区水源涵养量较大,水源涵养服务功能明显。     

汉江流域水源涵养功能的关键生态修复区识别与植被优化配置

[目的]识别汉江流域水源涵养关键生态修复区,进行植被优化配置和生态修复效果的验证,为生态修复工程实施范围提供科学依据。[方法]主要利用InVEST模型,估算2020年水源涵养量,通过水源涵养功能强弱识别关键生态修复区,将水源涵养弱功能区内有林地、灌木林、草地、未利用地和25°坡以上的耕地区域作为修复区,对修复区进行林地适宜性评价,依据林地适宜性评价结果完成各土地覆盖类型之间的优化配置,模拟完成配置后修复区的水源涵养功能,并与配置前进行比较。[结果]植被优化配置后,修复区产水量降低了6.97%,水源涵养总量提高了14.96%。[结论]汉江流域通过植被优化配置手段提升水源涵养功能具有一定的潜力,未来应在水源涵养功能的基础上同时考虑其他生态服务功能,进行汉江流域修复区识别,以便采取更全面的修复措施来解决汉江流域的生态问题。     

汉江流域上游生态环境现状及治理措施

汉江流域上游水源保护区主要是指丹江口库区以上的地区。汉江流域水环境保护的优劣对我国的南水北调工程起着至关重要的作用。针对上游流域水环境污染、水土流失等重大生态环境问题,结合水质调查,对沿途各县区水土流失进行了系统分析。结果表明:(1)安康水库水质呈下降趋势,特别是硝酸盐氮(NO3—N)由蓄水前的年均0.32mg/L上升至20a后的0.99mg/L以上,是蓄水前的3倍,增加了209.3%。(2)丹江口水库水质总体状况较好,除总氮年平均为Ⅳ类水,其余指标为Ⅰ或Ⅱ类。(3)流域水土流失严重,2009年安康、汉中、商洛3市水土流失模数都超过5 000t/(km2.a),安康市7县区水土流失模数高达16 352t/(km2.a),十堰市水土流失模数相对较小,但也达到了3 528t/(km2.a)。各市土壤侵蚀总量大小依次为:安康市(7县区)>汉中市(7县区)>商洛市(3县区)>十堰市,且呈日益增加趋势。应加大水环境污染整治力度,加强水土保持建设和法制建设,提高生态环境保护管理能力,加强基础设施型工程为民营工程做好环保示范。     

浑河上游新宾县土地利用演变对水源涵养能力影响评价

[目的]阐明水源保护区浑河上游新宾县土地利用变化与水源涵养功能的关系,指导当地或类似地区土地利用和水资源优化管理。[方法]基于ArcGIS平台,采用土地利用转移矩阵研究新宾县1995年、2000年、2005年、2010年和2015年土地利用变化;在此基础上,运用InVEST模型评估1995—2015年区域及不同土地利用类型的产水功能和水源涵养功能。[结果](1) 1995—2015年新宾县土地利用类型始终以林地和草地为主,21年来,林地、其他用地(湿地为主)、水域和建设用地的面积均增加,其中林地面积增加最大,耕地和草地的面积在减少;(2) 1995—2015年,林地、其他用地、建设用地和水域面积的增加来源于耕地和草地;(3)新宾县多年平均产水量为1.564×10⁹m³,水源涵养量为6.2×10⁸ m³,作为重点水源涵养区域,新宾县平均水源涵养能力193.62 mm,多年来呈现波动变化趋势,产水量的变化与分布、土地利用直接影响着区域的水源涵养量大小;(4) 1995—2015年不同土地利用类型的水源涵...     

基于生态系统服务功能的汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力研究

[目的] 对汉江流域中下游生态分区演变特征及驱动能力进行研究,为汉江流域中下游区域水生态环境可持续发展提供科学依据。[方法] 基于InVEST模型、聚类以及相关性分析的方法,以水环境相关生态系统服务为切入点进行了多年生态系统服务变化及分区特征的分析,并进行各生态分区转移区域内生态系统服务与环境变量关联特征的研究。[结果] ①2010,2015和2020年生态分区主导区域分别为第3,3,2类区域,面积所占比例分别为70.54%,72.92%和45.53%。与第3类区域相比,第2类区域水源涵养量以及土壤保持强度均更大。②相关性分析表明,降雨量变化与水源涵养量、土壤保持强度变化相关性均较显著;而各土地利用类型中农田与建设用地面积变化对生态系统服务变化相关性较为显著。③在生态分区发生转变区域的解释变量贡献率研究中,降雨变化量解释率较大的区域比例较高且主要位于中部及南部,土地利用变化解释率较大的区域主要位于研究区域西侧及西北侧。[结论] 降雨量变化相较于土地利用变化对生态系统服务以及生态分区变化的影响较大,通过明确生态分区变化的关键影响因子可在未来以针对性的土地利用类型布局优化或绿色、灰色基础设施的建设增强生态系统的稳定性。     

汉江上游1988-2007年间景观格局变化分析

为研究陕西省境内汉江流域水电开发后区域景观格局时空演变,根据1988,2000和2007年汉江上游地区遥感影像,通过遥感解译,利用GIS缓冲区分析分别研究了汉江上游整体和500,1 000,5 000m缓冲区内景观格局变化。结果表明:(1)汉江上游1988年以来水域呈持续增加趋势,耕地呈现持续"落势",全时段景观格局处于不平衡态,双向转换较频繁。但有向着有利于区域生态改善方向转变的趋势。(2)从景观破碎化、景观形状和景观多样性3个角度分析了研究区景观格局变化,1988-2000年该区景观格局破碎化程度增加,形状趋向复杂,景观趋向多样化;2000-2007年该区景观破碎化程度减小,形状趋向规则化,景观多样性减小,表明景观格局向着有利于区域生态改善的方向转变。(3)汉江上游水电7级梯度开发对沿河500m缓冲区内景观格局影响最显著。     

汉江上游水体氮素污染特征

2011年对汉江上游干流进行了6次采样,分析了水体氮素的污染特征。结果表明,汉江上游水体NH₃-N,NO₃-N和NO₂-N的年平均值分别为:1.037,1.751和0.044 mg/L。氮素时间分布曲线表现为:NH₃-N浓度的周年变化趋势为双峰型,呈现:丰水期 >枯水期 >平水期的规律。NO₃-N,NO₂-N浓度的周年变化趋势为单峰型曲线,NO₃-N呈现:丰水期 >枯水期 >平水期的规律,NO₂-N丰水期最高,枯水期和平水期相差不大。汉江上游水体氮素空间分布表现为:NH₃-N,NO₃-N浓度自源头向下游呈现出"低值-升高-降低"的趋势。NH₃-N污染主要来自农村生活污水和畜禽养殖排放物,NO₃-N污染主要来自水土流失。     

HEC-HMS水文模型系统在汉江褒河流域的应用研究

基于地理信息系统和遥感技术的水文模型集成系统将成为未来水文循环过程研究的发展趋势。基于HEC-HMS水文模型系统,采用多种方案对位于汉江上游的褒河流域进行了降雨径流模拟。研究结果表明:基于DEM、遥感影像和土壤资料,并结合GIS技术推求反映流域下垫面特征的关键水文参数的方法可以与HEC-HMS水文模型系统很好地耦合。该模型对于我国湿润、半湿润山区的次洪模拟具有较好的适用性。     

西藏“一江两河”流域生态系统服务变化及权衡与协同关系研究

为使环境资源得到高效配置,明晰生态系统服务间权衡关系是重要前提。以一江两河流域为对象,基于InVEST模型对该区1990—2018年的土壤保持、水源涵养和固碳服务进行动态评估,并采用相关分析法探讨了流域、县域尺度下各服务间的权衡关系。结果表明:(1)1990—2018年,土壤保持量和碳储量呈波动增加趋势,产水量呈减少趋势。单位面积土壤保持量、产水量和碳储量的高值区均分布在流域东部的拉萨河河谷地区。(2)流域尺度下,2010年水源涵养服务与固碳服务间表现出权衡关系,其余年份各服务间均呈现出协同关系; 县域尺度下,各服务间关系也多为协同关系,但具有较强的空间异质性。(3)热点制图显示,1990—2018年1类区占比最大且呈增加趋势,主要地类为低植被覆盖草地; 0类和2类区占比增加,主要地类分别为沙地和高植被覆盖草地; 3类区占比有所减少,主要地类为高植被覆盖草地和灌木林。由此可得,研究区3种生态系统服务具有较强的时空异质性,各服务间以协同关系为主,且随时空变化而发生着强弱变化。     

历史时期以来汉江上游洪涝灾害研究

通过对汉江上游历史时期以来(208BC-2010AD)历史资料的搜集和整理,运用最小二乘法、小波分析和克里格插值等方法,对该区域洪涝灾害等级、时间(阶段、季节、周期等)和空间变化规律及成因进行了研究。结果表明,近2 220a间,汉江上游共发生洪涝灾害336次,平均6.6a发生1次,集中发生在夏秋季节(5-9月份)。该区域洪涝灾害划分为轻度洪灾、中度洪灾、重度洪灾和特大洪灾,分别占洪涝灾害总数的24.7%,29.5%,40.5%和5.3%。小波分析显示各级洪灾分别存在2~5a,38~40a,120a,160a的周期。洪涝灾害发生频率的变化呈现波动上升趋势,大致可分为3个阶段,清代道光年间前期、清代光绪年间和民国后期至20世纪末为洪涝灾害多发期。洪涝灾害空间分布差异明显,以安康盆地为中心向南、向北、向东、向西递减,存在两个高频中心和两个低频中心。大气环流异常,特殊地形条件,河流本身的水系特征,河道的弯曲程度及人类活动的影响是造成该区域洪涝灾害频发的主要原因。     

饶河流域水源涵养服务供需演变及驱动因素

[目的] 探究流域水源涵养服务供需的时空分异特征及主要驱动因素,为流域水资源管理和优化配置及生态安全与保护提供科学依据和参考。 [方法] 以饶河流域为研究区,基于InVEST模型和多源数据定量评估研究区水源涵养服务供给、需求,根据供需指数得到水源涵养服务供需匹配空间关系,利用地理探测器进一步探究水源涵养服务供需关系空间异质性的主要驱动因素。 [结果] ①2005—2020年水源涵养服务供给和需求量均呈现先增后减的趋势,不同土地利用类型的水源涵养能力具有显著差异,其中林地和草地水源涵养能力明显高于耕地和城乡工矿用地; ②水源涵养服务供给和需求空间分布具有明显的空间异质性和不匹配特征,水源涵养供需匹配赤字区主要分布在西部鄱阳县、万年县、乐平市、昌江区和珠山区,盈余区分布在北部浮梁县、东部婺源县、德兴市和弋阳县;③自然因素中年潜在蒸散发、高程和林地覆盖率是影响水源涵养服务供需关系的主要因素,同时,城乡工矿用地和耕地覆盖率等人为因素起主导作用,自然因素和人为因素交互作用,加剧水源涵养服务供需失衡。 [结论] 饶河流域水源涵养服务供需关系优化存在挑战,未来应在该地区加快建立生态补偿机制,优化林地水源涵养功能,提高水源涵养服务供给,提升水资源利用效率,进一步实现区域水源涵养服务供需平衡,促进生态系统与社会经济系统协调发展。     

石羊河流域水服务供需状况及驱动因素

以2010—2018年为时间序列,基于InVEST模型和水足迹理论,对石羊河流域水服务供需特征及其匹配状况进行分析,最后采用地理探测器对水服务供需状况空间异质性及其主要驱动力因子进行了探究.结果表明:(1)2010—2018年石羊河流域水服务供给能力有所提高,空间上呈现出南高北低的态势;水服务需求总量呈显著的上升趋势,...     

基于InVEST模型的大连市产水量时空变化分析

[目的]研究大连市产水量的时空分布特征和影响因子,为该市水资源的开发与保护提供可视化的评估结果和依据。[方法]基于InVEST模型的产水量模块,探究1980—2015年大连市降雨、气温、潜在蒸散、实际蒸散及土地利用状况变化特征,定量研究1980—2015年大连市产水量的时空分布特征及其成因。[结果]①1980—2015年期间大连市年均降水和潜在蒸散发不显著下降,年均气温和干燥系数显著增加,年均实际蒸散量显著下降。②研究期间大连市耕地、林地面积有所减少。城市建设用地面积有所增加,主要由耕地转移而来。其他用地类型面积变化较小。③研究区平均产水量为226.36 mm,产水总量2.70×10~9 m~3。空间上由东北向西南递减。庄河市年均产水总量最大,达到1.10×10~9 m~3。[结论]研究区产水量的变化是气候变化和土地利用共同作用的结果。气候变化是影响产水量变化的主要驱动力,土地利用变化对产水量的增加有轻微影响。     

汉江上游阶地黄土磁学特征研究

汉江上游地区位于北亚热带季风气候区边缘,对气候响应异常敏感。流域内发育不对称四级阶地,且阶地上覆盖有厚度不等的黄土堆积。以汉江上游三级阶地黄坪村（HPC）和高客站（GKZ）两个剖面作为研究对象,测量样品的磁化率和频率磁化率,并选取代表性样品进行热磁曲线、等温剩磁获得曲线和磁滞回线等的测定。结果表明,汉江上游黄土沉积物中的载磁矿物以磁铁矿和磁赤铁矿为主,同时含有一定量的赤铁矿和针铁矿,磁化率的增强以超顺磁和准单畴亚铁磁性矿物的贡献为主。GKZ剖面中低矫顽力亚铁磁性矿物含量低于HPC剖面,且黄土中含有更多的亚铁磁性矿物,HPC剖面中则黄土-古土壤中载磁矿物差别不大。汉江上游磁化率的降低与该区较高的有效降水量有关,季节性丰沛降水使土壤水分过饱和,在局部湿润的还原环境中,土壤中大量强磁性铁氧化物被溶解转化为能够在湿润环境中稳定存在的弱磁性矿物,磁性矿物的转化导致成壤强的汉江上游地区磁化率低于成壤弱的黄土高原地区。在成壤条件处于还原环境时,有效降水越高,还原程度也越高,强磁性铁氧化物被溶解得越多,磁化率就越低,这是GKZ剖面降水大于HPC剖面,但磁化率却更低的原因。     

韩江上游水土流失现状遥感分析

韩江上游是我国南方红壤区水土流失较严重的典型区域,需要摸清该区域的水土流失状况,为水土流失综合防治决策提供依据。本文以2008年10m分辨率的Alos多光谱遥感影像为数据源,采用人机交互解译方法,对韩江上游水土流失现状进行了遥感分析,结果表明：韩江上游土地利用以林地和耕地为主,植被覆盖状况良好,但地形陡峭,水土流失面积达5102．56km2,侵蚀强度以轻度为主,主要分布于广东境内梅江及其支流两岸五华、梅县、兴宁和平远县的山丘区,以及福建境内汀江流域上中游上杭、长汀、武平和永定县的山丘区。     

基于InVEST模型的南北盘江流域产水量时空变化研究

[目的]研究南北盘江流域产水量的时空变化特征以及不同土地利用类型、土壤类型和地形之间的产水功能差异,以期为流域内水资源有效管理和生态修复提供科学参考。[方法]基于InVEST模型定量评估了2005—2020年南北盘江流域产水量的时空变化特征、内部差异性及植被恢复对该地区产水功能的影响。[结果] 2005—2020年流域内的平均产水总量小幅波动,在空间上呈现东北部与中部高,西南部低的趋势,总体产水格局与降水量时空变化具有空间吻合性。在不考虑降雨量显著变化的情况下,耕地与草地面积减少是导致流域内产水总量呈现出小幅波动下降趋势的主要原因。各土地利用类型中产水能力最强的类型为建设用地,其次分别为裸地、耕地和草地。常绿针叶林与灌林地的产水能力较弱。流域内的产水能力随海拔升高而逐渐降低,土壤以产水能力较强的黄壤与红壤为主。该流域产水高值区主要集中于低、中海拔,以黄壤与红壤为主的东北部与中部区域;低值区主要集中于高、较高海拔,分布着大量石灰(岩)土和紫色土的西南部。[结论]该流域产水量空间格局有一定变化,其产水高值区有向东、东北偏移的趋势。土地利用类型、气象因子、土壤质地、地形等因素对产水功能空间异...